التكنولوجيا الحدودية للكهرومغناطيسية – قطار ماجليف

التكنولوجيا الحدودية للكهرومغناطيسية – قطار ماجليف

الملخص: مع تطور العلوم والتكنولوجيا، شهدت حياة الناس تغيرات هائلة. إذا أخذنا السلوك كمثال في ضروريات الحياة الأساسية، فمنذ العصور القديمة وحتى الوقت الحاضر، شهدنا تغييرات مثل المشي وركوب الخيل والعربة التي تجرها الخيول والقطار والسيارة والطائرة وما إلى ذلك. في السنوات الأخيرة، جذبت قطارات ماجليف انتباه الناس بسبب مزاياها المتمثلة في السرعة العالية وحماية البيئة وتوفير الطاقة.

النقاط الرئيسية:

1. ما هو قطار ماجليف؟

2. مبدأ قطار ماجليف: أ. نوع التوصيل المستمر. ب. مبدأ تنافر القطب الكهرومغناطيسي مع نفس الجنس ج. نوع المغناطيس الدائم

3. الأساس الفني لقطار ماجليف

4. قطار ماجليف المحلي في الصين

5. مميزات قطارات ماجليف

ما هو قطار ماجليف؟

يعد قطار ماجليف عالي السرعة اختراعًا تكنولوجيًا في القرن العشرين، ومبدأه ليس عميقًا. ويستخدم خاصية المغناطيس أن "نفس الجنس يتنافر، والجنس الآخر ينجذب لبعضهما البعض"، بحيث يكون للمغناطيس القدرة على مقاومة الجاذبية، أي "الارتفاع المغناطيسي". ويطبق العلماء مبدأ "الارتفاع المغناطيسي" على نظام النقل بالسكك الحديدية، مما يجعل القطار ينفصل تماما عن السكة ويطفو، ليصبح قطارا "بلا عجلات" تبلغ سرعته مئات الكيلومترات في الساعة. هذا هو ما يسمى ب "قطار ماجليف".

مبدأ قطار ماجليف:

قطار ماجليف هو نتاج التطور الحديث للتكنولوجيا الفائقة. المبدأ هو استخدام القوة الكهرومغناطيسية لتعويض جاذبية الأرض، ويتم الجر بواسطة محرك خطي، بحيث يتم تعليق القطار على المسار (فجوة التعليق حوالي 1 سم). تشمل أبحاثها وتصنيعها العديد من التخصصات مثل التحكم الآلي، وتكنولوجيا إلكترونيات الطاقة، وتكنولوجيا الدفع الخطي، والتصميم الميكانيكي والتصنيع، ومراقبة الأخطاء وتشخيصها، وما إلى ذلك. وهذه التكنولوجيا معقدة للغاية، وهي رمز مهم للتقدم العلمي والتكنولوجي للبلد. القوة والمستوى الصناعي. بالمقارنة مع قطارات السكك الحديدية العادية، فهي تتميز بضوضاء منخفضة وأول خط تشغيل تجريبي لقطار ماجليف في العالم - قطار شنغهاي ماجليف. بعد الانتهاء، من محطة Pudong Longyang Road إلى مطار Pudong الدولي، لن يستغرق الأمر سوى 6-6 كيلومترًا لأكثر من 30 كيلومترًا. 7 دقائق. مع خصائص عدم التلوث والسلامة والراحة والسرعة العالية والكفاءة العالية، تتمتع بسمعة "الطائرات ذات الارتفاع الصفري". إنه نوع جديد من وسائل النقل ذو آفاق واسعة، ومناسب بشكل خاص للنقل بالسكك الحديدية في المناطق الحضرية. تنقسم قطارات ماجليف عمومًا إلى نوع طارد ونوع شفط وفقًا لطرق الرفع المختلفة، ويمكن تقسيمها إلى سرعة عالية وسرعة متوسطة ومنخفضة وفقًا لسرعة التشغيل.

"البقاء بعيدًا" هو حالة العمل الأساسية لقطار ماجليف. تستخدم قطارات ماجليف القوة الكهرومغناطيسية لمواجهة جاذبية الأرض، مما يسمح للقطار بالارتفاع على المسار. أثناء التشغيل، يكون جسم السيارة والمسار في حالة "التقارب"، وتبلغ فجوة الارتفاع المغناطيسي حوالي 1 سم، لذلك تتمتع بسمعة "الطائرات ذات الارتفاع الصفري". بالمقارنة مع قطارات السكك الحديدية العادية، فهي تتميز بخصائص انخفاض مستوى الضجيج، وانخفاض استهلاك الطاقة، وعدم التلوث، والسلامة والراحة، والسرعة العالية والكفاءة العالية، وتعتبر نوعًا جديدًا من وسائل النقل ذات آفاق واسعة. خاصة في هذا

تعتبر قطارات ماجليف منخفضة السرعة مناسبة بشكل خاص للنقل بالسكك الحديدية في المناطق الحضرية بسبب نصف قطر الدوران الصغير وقدرتها القوية على التسلق.

تحتوي قطارات ماجليف عالية السرعة التي يتم اختبارها في العالم على النماذج التالية:

1. النوع الموصل عادة (الكهرومغناطيسي).

وباستخدام مبدأ جذب الأضداد الكهرومغناطيسية لبعضها البعض، يتم تعليق السيارة على المسار بحوالي 1 سم. في وقت مبكر من عام 1976، طورت ألمانيا مركبة تجريبية ذات رفع مغناطيسي ثابت، ممثلة حاليًا بالنموذج الألماني TR08 (تم استيراد هذا النموذج من ألمانيا في شنغهاي)، بسرعة قصوى تبلغ 500 كيلومتر في الساعة. عندما زار رئيس الوزراء تشو ألمانيا في يونيو 2000، حاول ركوب هذا القطار فائق السرعة على خط اختبار الدوران الذي يبلغ طوله 31.5- كيلومترًا في إمسلانت ( ). وفي وقت مبكر من عام 1992، أعلنت ألمانيا أن التكنولوجيا جاهزة للتطبيق التجاري.

2. باستخدام مبدأ التنافر القطبي الكهرومغناطيسي عند درجة حرارة منخفضة للغاية، يتم تعليق السيارة على ارتفاع حوالي 10 سم فوق المسار. في عام 1962، بدأت اليابان في دراسة تكنولوجيا القطارات فائقة السرعة ماجليف، وفي عام 1989، تم بناء خط اختبار بطول 18.4- كيلومتر في محافظة ياماناشي. تم إنشاء رقم قياسي مأهول يبلغ 552 كيلومترًا في الساعة باستخدام مركبة MLX01. وقد حاول رئيس مجلس الدولة تشو ركوب هذا النوع من القطارات عندما زار اليابان في سبتمبر 2000، وما زال مستمرا في اختباره وتحسينه.

3. نوع المغناطيس الدائم

يُعرف أيضًا باسم طائرات ماجليف، وهو في الواقع قطار ماجليف فائق السرعة ذو مغناطيس دائم. إنه ابتكار تقوم الولايات المتحدة بالبحث عنه واختباره. يبلغ ارتفاع التعليق 8-15 سم، ويمكن أن تصل السرعة إلى 550 كيلومترًا في الساعة. نظرًا لوجود "أجنحة مسننة" على جانبي القطار (تشبه أجنحة الطائرة)، و"ذيل" عند الذيل لتحقيق التوازن، يطلق عليها اسم طائرة ماجليف. أنشأت أربع شركات في تشنغدو بمقاطعة سيتشوان مشروعًا مشتركًا مع البنك التجاري الأمريكي، شركة Feimei Magnetic Levitation High-Speed ​​Aircraft Co., Ltd.، وتوصلتا إلى اتفاقية تعاون مقصودة لإدخال التكنولوجيا الأمريكية. قام الطرفان بتمويل إنشاء قاعدة إنتاج وخططا لبناء خط اختبار يبلغ طوله حوالي 2 كيلومتر.

قطار شنغهاي ماجليف هو قطار ماجليف "التوصيل المستمر المغناطيسي" (يشار إليه باسم "التوصيل المستمر"). تم تصميمه على أساس مبدأ "الأضداد تتجاذب مع بعضها البعض". إنه نظام تعليق الشفط. ويستخدم مغناطيسات التعليق الكهربائية المثبتة على العربات على جانبي القطار والمغناطيسات الموضوعة على المسار. قوة الشفط الناتجة عن المجال المغناطيسي تجعل السيارة تطفو. . يتم تثبيت المغناطيسات الكهربائية في الجزء السفلي من القطار وفي الجزء العلوي من العربات على كلا الجانبين. يتم تثبيت لوحات التفاعل والألواح الفولاذية الحثية على التوالي فوق السكة "I" وأسفل الجزء العلوي من الذراع للتحكم في تيار المغناطيس الكهربائي بحيث يتم الحفاظ على فجوة قدرها 1 سم بين المغناطيس الكهربائي والمسار. ، دع التجاذب بين العربة والقطار وجاذبية القطار يتوازنان مع بعضهما البعض، واستخدم التجاذب المغناطيسي لتطفو القطار بحوالي 1 سم، بحيث يتم تعليق القطار على السكة. يجب أن يتحكم هذا بدقة في تيار المغناطيس الكهربائي.

مبدأ القيادة للقطار المعلق هو تمامًا نفس مبدأ المحرك الخطي المتزامن. بعبارات عامة، يمكن للتيار المتردد المتدفق في الملف الموجود على جانبي المسار أن يحول الملف إلى مغناطيس كهربائي، وسيبدأ القطار بسبب تفاعله مع المغناطيس الكهربائي الموجود في القطار.

ينجذب القطب N للمغناطيس الكهربائي الموجود عند رأس القطار إلى القطب S للمغناطيس الكهربائي المثبت على المسار للأمام قليلاً، ويتم صده بواسطة القطب N للمغناطيس الكهربائي المثبت على المسار بعد ذلك بقليل. عندما يتحرك القطار للأمام، يتم عكس اتجاه التيار المتدفق في الملف، أي أن القطب S الأصلي يصبح قطبًا N، والقطب N يصبح قطبًا S. تتناوب الدورة، ويسير القطار إلى الأمام.

يتم التحكم في الاستقرار عن طريق نظام التوجيه. نظام التوجيه "الشفط المغناطيسي بالتوصيل الطبيعي" هو تركيب مجموعة من المغناطيسات الكهربائية المستخدمة خصيصًا للتوجيه على جانب القطار. عندما ينحرف القطار إلى اليسار واليمين، يتم توجيه المغناطيس الكهربائي على القطار

يتفاعل مع جانب حاجز التوجيه ليخلق قوة طاردة تعيد السيارة إلى وضعها الطبيعي. عندما يسير القطار على منحنى أو منحدر، يتحكم نظام التحكم في التيار الموجود في مغناطيس التوجيه لتحقيق غرض التحكم في التشغيل.

تم اقتراح فكرة قطار ماجليف "التوصيل الطبيعي" من قبل المهندس الألماني هيرمان كيمبر في عام 1922. مبدأ عمل قطار ماجليف "التوصيل الطبيعي" والمسار والمحرك متماثلان تمامًا. ما عليك سوى ترتيب "الدوار" للمحرك في القطار، ثم وضع "الجزء الثابت" للمحرك على المسار. ومن خلال التفاعل بين "العضو الدوار" و"العضو الساكن"، يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية أمامية. نحن نعلم أنه عندما يتم تنشيط "الجزء الثابت" للمحرك، يمكن دفع "العضو الدوار" للدوران من خلال الحث الكهرومغناطيسي. عندما يتم نقل الطاقة إلى "الجزء الثابت" من المسار، يتم دفع القطار للتحرك في خط مستقيم تمامًا مثل "الجزء الدوار" للمحرك من خلال الحث الكهرومغناطيسي. الأساس الفني لقطار ماجليف:

يتكون قطار ماجليف بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء: نظام التعليق ونظام الدفع ونظام التوجيه، كما هو موضح في الشكل

3. في الغالبية العظمى من التصاميم الحالية، يتم تنفيذ الوظائف الثلاث بواسطة المغناطيس، على الرغم من إمكانية استخدام نظام دفع مستقل عن المغناطيسية. يتم عرض التقنيات المستخدمة في هذه الأجزاء الثلاثة أدناه على التوالي.

نظام التعليق: في الوقت الحاضر يمكن تقسيم تصميم نظام التعليق إلى اتجاهين، وهما نوع التوصيل العادي المعتمد في ألمانيا والنوع فائق التوصيل المعتمد في اليابان. ومن حيث تكنولوجيا الرفع، فهو نظام الرفع الكهرومغناطيسي (EMS) ونظام الرفع الكهربائي (EDS). ويبين الشكل 4 الاختلافات الهيكلية للنظامين. نظام الرفع الكهرومغناطيسي (EMS) هو نظام رفع بالشفط، حيث يجذب المغناطيس الكهربائي الموجود على القاطرة والمسار المغناطيسي الحديدي على سكة التوجيه بعضهما البعض لإنتاج الرفع. عندما يعمل قطار الرفع المغناطيسي التقليدي، قم أولاً بضبط تعليق الجزء السفلي من السيارة والجذب الكهرومغناطيسي للمغناطيس الكهربائي الموجه، والتفاعل مع اللفات على جانبي المسار الأرضي لتعويم القطار. تحت رد فعل دليل المغناطيس الكهربائي في الجزء السفلي من السيارة ومغناطيس المسار، يتم الاحتفاظ بالعجلة والمسار على مسافة جانبية معينة، ويتم دعم عدم الاتصال وتوجيه عدم الاتصال لحاجز العجلة في يتم تحقيق الاتجاهين الأفقي والرأسي. وتبلغ فجوة التعليق بين السيارة ومسار القيادة 10 ملم، وهو ما يضمنه نظام تعديل إلكتروني عالي الدقة. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن التعليق والتوجيه لا علاقة لهما فعليًا بسرعة القطار، فلا يزال بإمكان القطار الدخول إلى حالة التعليق حتى في حالة الانتظار.

تستخدم أنظمة التعليق الكهربائية (EDS) المغناطيس الموجود على قاطرة متحركة لتوليد تيار كهربائي على القضبان. مع انخفاض الفجوة بين القاطرة وسكة التوجيه، سيزداد التنافر الكهرومغناطيسي، ويوفر التنافر الكهرومغناطيسي الناتج دعمًا وتوجيهًا ثابتًا للقاطرة. ومع ذلك، يجب أن تكون القاطرة مزودة بما يشبه العجلات لدعم القاطرة بشكل فعال أثناء "الإقلاع" و"الهبوط" لأن نظام EDS لا يمكنه الحفاظ على تعليق القاطرة بسرعات أقل من حوالي 25 ميلاً في الساعة. تم تطوير أنظمة EDS بشكل أكبر في ظل تكنولوجيا الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة المنخفضة.

السمة الرئيسية لقطار ماجليف فائق التوصيل هي التوصيل الكامل والمغناطيسية الكاملة لمكوناته فائقة التوصيل عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا. تتكون المغناطيسات فائقة التوصيل من ملفات فائقة التوصيل مصنوعة من مواد فائقة التوصيل. فهو لا يتمتع بمقاومة تيار صفرية فحسب، بل يمكنه أيضًا توصيل تيار قوي لا يمكن مقارنته بالأسلاك العادية. هذه الميزة تجعل من الممكن صنع مغناطيسات كهربائية صغيرة الحجم وقوية. .

تم تجهيز مركبة قطار ماجليف فائق التوصيل بمغناطيس فائق التوصيل على متنها ويشكل جهاز تكامل الطاقة الحثية.

يتم تثبيت لف محرك القطار ولف توجيه التعليق على جانبي سكة التوجيه الأرضية. تتكون معدات تكامل الطاقة الحثية الموجودة على السيارة من ملف تكامل الطاقة، وتكامل الطاقة الحثية فائق التوصيل

يتكون مغناطيس التوجيه من ثلاثة أجزاء. عندما يتم توفير التيار المتردد ثلاثي الطور المتوافق مع تردد سرعة السيارة إلى ملفات القيادة على جانبي المسار، سيتم توليد مجال كهرومغناطيسي متحرك، وبالتالي توليد موجات مغناطيسية على سكة توجيه القطار، وعلى سوف يتعرض المغناطيس فائق التوصيل الموجود على متن القطار إلى قوة دفع، متزامنة مع المجال المغناطيسي المتحرك، وهو ما يدفع القطار إلى الأمام. مبدأها يشبه ركوب الأمواج، حيث يقف راكب الأمواج على قمة الموجة وتدفعه الموجة للأمام. كما هو الحال مع المشاكل التي يواجهها راكبو الأمواج، يتعين على قطارات ماجليف فائقة التوصيل أن تتعامل أيضًا مع مشكلة كيفية التحكم بدقة في ذروة حركة الموجات الكهرومغناطيسية المتحركة. ولتحقيق هذه الغاية، يتم تثبيت أداة عالية الدقة للكشف عن موضع السيارة على سكة التوجيه الأرضية، ويتم ضبط وضع إمداد التيار المتناوب ثلاثي المراحل وفقًا للمعلومات الواردة من الكاشف، ويتم التحكم بدقة في شكل الموجة الكهرومغناطيسية. حتى يسير القطار بشكل جيد.

نظام الدفع: يستخدم محرك قطار ماجليف مبدأ المحرك الخطي المتزامن. يعمل ملف المغناطيس الكهربائي الذي يدعم الجزء السفلي من السيارة مثل الملف الميداني للمحرك الخطي المتزامن، ويعمل محرك المجال المغناطيسي المتحرك ثلاثي الطور الملتف داخل المسار الأرضي كعضو إنتاج، والذي يعمل مثل ملف الجزء الثابت الطويل محرك خطي متزامن. من مبدأ عمل المحرك، يمكن معرفة أنه عندما يتم تشغيل ملف المحرك مثل الجزء الثابت، يتم دفع الجزء الدوار للمحرك للدوران بسبب الحث الكهرومغناطيسي. وبالمثل، عندما توفر المحطة الفرعية المرتبة على طول الخط طاقة FM وAM ثلاثية الطور للمحرك الملتف داخل المسار، يتم دفع نظام المحمل مع القطار للتحرك في خط مستقيم مثل "الدوار" للمحرك بسبب الحث الكهرومغناطيسي. لذلك، في حالة التعليق، يمكن للقطار أن يحقق تمامًا الجر والفرملة غير المتصلة.

بعبارات عامة، يمكن للتيار المتردد المتدفق في الملف الموجود على جانبي المسار أن يحول الملف إلى مغناطيس كهربائي. وبسبب تفاعله مع المغناطيس الكهربائي فائق التوصيل الموجود في القطار، فإنه يجعل القطار يتحرك. يتحرك القطار للأمام لأن المغناطيس الكهربائي (القطب N) الموجود في مقدمة القطار ينجذب إلى المغناطيس الكهربائي (القطب S) المثبت على السكة للأمام قليلاً، وفي نفس الوقت ينجذب إلى المغناطيس الكهربائي (القطب N) ) تم رفضها. ومع تقدم القطار للأمام، ينعكس اتجاه التيار المتدفق في الملفات. والنتيجة هي أن ملف S-pole الأصلي أصبح الآن ملف N-pole، والعكس صحيح. بهذه الطريقة، يمكن للقطار أن يستمر في السير للأمام بسبب تبديل القطبية الكهرومغناطيسية. وفقًا لسرعة السيارة، يتم ضبط تردد وجهد التيار المتردد المتدفق في الملف بواسطة محول الطاقة.

قطار ماجليف المحلي في الصين:

أول قطار ماجليف فائق التوصيل مأهول بدرجة حرارة عالية في العالم طورته جامعة جنوب غرب جياوتونغ في عام 2000

لقد حظي "القرن" و"المستقبل" ذو درجة الحرارة العادية وقطار الارتفاع المغناطيسي الطبيعي الذي تم تطويره لاحقًا باهتمام كبير وتأكيد كامل من هو جين تاو وجيانغ تسه مين وقادة الحزب والدولة الآخرين.

وفقا للتقارير، في وقت مبكر من عام 1994، نجحت جامعة جنوب غرب جياوتونغ في تطوير أول قطار ماجليف منخفض السرعة في الصين قادر على حمل الأشخاص، ولكن تم تشغيله بنجاح في ظل ظروف معملية مثالية تماما. في عام 2003، أكملت جامعة جنوب غرب جياوتونغ خط قطار ماجليف في تشينغشان وتشنغدو وسيتشوان. يبلغ طول مسار اختبار ماجليف 420 مترًا. إنه يستهدف السياح بشكل أساسي، وسعر التذكرة أقل من أجرة التاكسي. أول خط تشغيل تجريبي لقطار ماجليف في العالم - قطار شنغهاي ماجليف، بعد اكتماله، سيستغرق الأمر 6-7 دقيقة فقط للسفر لمسافة تزيد عن 30 كيلومترًا من محطة طريق بودونغ لونغيانغ إلى مطار بودونغ الدولي.

على مبدأ الإرتفاع المغناطيسي

قطار شنغهاي ماجليف

بالمقارنة مع القطارات عالية السرعة اليوم، تتمتع قطارات ماجليف بالعديد من المزايا التي لا تضاهى:

نظرًا لأن قطار ماجليف يسير على المسار، فلا يوجد اتصال فعلي بين سكة التوجيه والقاطرة، ويصبح في حالة "بدون عجلات"، لذلك لا يوجد تقريبًا أي احتكاك بين العجلة والسكة، وتكون السرعة عالية جدًا عدة مئات من الكيلومترات في الساعة؛ موثوقية قطار ماجليف كبير الحجم وسهل الصيانة ومنخفض التكلفة. استهلاكها للطاقة هو فقط نصف استهلاك السيارة وربع استهلاك الطائرة. الضوضاء منخفضة. عندما تصل سرعة قطار ماجليف إلى أكثر من 300 كيلومتر في الساعة، يكون الضجيج 656 ديسيبل فقط، وهو ما يعادل فقط شخص يتحدث بصوت عالٍ. وهو أصغر من صوت السيارات المارة؛ لأنه يعمل بالكهرباء، فإنه لن ينبعث منه غاز العادم على طول المسار، وليس له أي تلوث. إنها أداة نقل خضراء حقيقية.

المراجع: مبادئ العمل والسمات الهيكلية لوحدات EMU عالية السرعة / Dong Ximing / China Railway Press؟ 2007.12.1; متحف نيوتن الصغير للعلوم--قطارات الإرتفاع الكهربائية والمغناطيسية (السلسلة الرابعة) مطبعة قويتشو التعليمية، 9.12.2011